(57)【要約】【課題】アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散、均一化させ、燃焼効率を向上させることができる船舶用燃料の改質装置を提供すること。【解決手段】アスファルテンスラッジを含有する燃料を流通させることによって、アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散させて可燃化するもので、平断面形状が四角形の突起状の歯体２０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたステータ２と、このステータ２と対面して配設され、ステータ２の歯体２０と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体３０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたロータ３と、ロータ３を回転駆動する駆動機構４とを備えてなり、ステータ２及びロータ３の同心円状に設けた歯体２０、３０の中心位置に燃料の導入部５１を設けるとともに、外周位置に燃料の排出部５２を設ける。【選択図】図２
2013068203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アスファルテンスラッジを含有する燃料を流通させることによって、前記アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散させて可燃化する船舶用燃料の改質装置において、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたステータと、該ステータと対面して配設され、ステータの歯体と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたロータと、該ロータを回転駆動する駆動機構とを備えてなり、前記ステータ及びロータの同心円状に設けた歯体の中心位置に燃料の導入部を設けるとともに、外周位置に燃料の排出部を設けたことを特徴とする船舶用燃料の改質装置。
【請求項２】
前記ステータ及びロータの歯体及び該歯体の円周方向の間隔を、円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路が半径方向に隣接する歯体によって閉鎖状態にされる箇所と、該燃料の流通路が半径方向に隣接する円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路と連通して開放状態にされる箇所とが、ランダムに生じるように形成したことを特徴とする請求項１記載の船舶用燃料の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用燃料の改質装置に関し、特に、船舶用燃料として用いられる重油に含まれるアスファルテンスラッジを５μｍ以下に粉砕、微粒化して燃料油分と攪拌・混合させる船舶用燃料の改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶用に用いられる燃料として、一般的に用いられているＣ重油には多くの不純物が含まれている。
燃料中の固形不純物は、油分で覆われ塊となって沈殿し、スラッジを生成するものであるが、一方、アスファルテンは、ＦＣＣ触媒粒子、錆又は重炭化水素固形粒子を核にしてコロイド粒子（１〜１００ナノメータ）の状態で燃料中に分散浮遊している。
より具体的に、このアスファルテンは周囲の油分の重質分から順次軽質分へと層状に吸着し、芳香族炭化水素を中心部に、パラフィン系炭化水素が外周部に集積し、集塊を形成するもので、この集塊を包む層の表面は互いに反発し、独立して安定した粒子を生成することで、油中にコロイド状態となって分散浮遊する。
【０００３】
そして、アスファルテンの分子径は１〜２ナノメータであるのに対し、コロイド状態での径は２〜６ナノメータと２〜３倍の径であると想定されている。
しかし、実際には貯蔵時又は補油時に大気中に曝されることによる酸化や、それまでに使用していた燃料との混合、加熱などにより、コロイド粒子の周囲からパラフィン系炭化水素が溶けだし、アスファルテンの一部又はその全てが剥き出しになり、周囲にある同様のアスファルテンと吸着結合し、凝集することで１００〜２００マイクロメータ規模に粗粒化して沈殿し、アスファルテンスラッジが生成されることとなる。 
【０００４】
生成されたアスファルテンスラッジは、フィルタの目詰まり問題にとどまらず燃焼阻害要因になるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の船舶用燃料、特にアスファルテンスラッジを含有する燃料が有する問題点に鑑み、アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散、均一化させ、燃焼効率を向上させることができる船舶用燃料の改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の船舶用燃料の改質装置は、アスファルテンスラッジを含有する燃料を流通させることによって、前記アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散させて可燃化する船舶用燃料の改質装置において、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたステータと、該ステータと対面して配設され、ステータの歯体と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたロータと、該ロータを回転駆動する駆動機構とを備えてなり、前記ステータ及びロータの同心円状に設けた歯体の中心位置に燃料の導入部を設けるとともに、外周位置に燃料の排出部を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、前記ステータ及びロータの歯体及び該歯体の円周方向の間隔を、円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路が半径方向に隣接する歯体によって閉鎖状態にされる箇所と、該燃料の流通路が半径方向に隣接する円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路と連通して開放状態にされる箇所とが、ランダムに生じるように形成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の船舶用燃料の改質装置によれば、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたステータと、該ステータと対面して配設され、ステータの歯体と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたロータと、該ロータを回転駆動する駆動機構とを備えてなり、前記ステータ及びロータの同心円状に設けた歯体の中心位置に燃料の導入部を設けるとともに、外周位置に燃料の排出部を設けたことにより、噛み合うように配設されたステータ及びロータの歯体の中心位置から導入された燃料が、ステータ及びロータの同心円の径方向に流れ、回転するロータの歯体によって直接剪断作用を受け、効果的にアスファルテンスラッジを粉砕、微粒化することができる。
【０００９】
また、前記ステータ及びロータの歯体及び該歯体の円周方向の間隔を、円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路が半径方向に隣接する歯体によって閉鎖状態にされる箇所と、該燃料の流通路が半径方向に隣接する円周方向に隣接する歯体の間に形成された燃料の流通路と連通して開放状態にされる箇所とが、ランダムに生じるように形成することにより、ステータ及びロータの歯体間によって形成される流路内への燃料の封じ込めと開放とをランダムに発生させ、流路内の燃料に急速な加圧と減圧とを与えて高周波の衝撃波を生じさせ、アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化、混合することができる。
また、急速な減圧によって、激しい渦流れが生じることとなり、微細気泡の発生・崩壊のキャビテーションエネルギが生じ、アスファルテンスラッジに対する、さらなる粉砕に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の船舶用燃料の改質装置の一実施例を示す一部断面の正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】ステータ及びロータを示し、（ａ）はステータとロータの全体を示す正面図、（ｂ）はステータ及びロータの歯体間によって形成される流路内への燃料の封じ込めと開放との状態を示す部分拡大図である。
【図４】船舶用燃料の改質手順を説明する概略図で、（ａ）は機械的剪断の状態、（ｂ）は衝突と飛散の状態、（ｃ）は圧縮（加圧）の状態、（ｄ）は膨張（減圧）の状態を示す。
【図５】船舶用燃料の改質装置を用いて船舶用燃料の改質前後の燃料油に含まれるアスファルテンスラッジ等の不純物の粒径別の個数の計測結果を示し、（ａ）は処理前、（ｂ）は処理後の計測結果である。
【図６】船舶用燃料の改質装置の推奨設置位置の説明図で、（ａ）は清浄機入口、（ｂ）は主機及びディーゼル発電機の機関入口手前のフィルタ前、（ｃ）は廃油サービスタンク又は燃料油・再製油用ミキシングタンクの循環ライン中に設置した例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の船舶用燃料の改質装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図６に、本発明の船舶用燃料の改質装置の一実施例を示す。
この船舶用燃料の改質装置１は、アスファルテンスラッジを含有する燃料を流通させることによって、アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散させて可燃化するもので、具体的には、平断面形状が四角形の突起状の歯体２０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたステータ２と、このステータ２と対面して配設され、ステータ２の歯体２０と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体３０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けたロータ３と、ロータ３を回転駆動する駆動機構４とを備えてなり、ステータ２及びロータ３の同心円状に設けた歯体２０、３０の中心位置に燃料の導入部５１を設けるとともに、外周位置に燃料の排出部５２を設けるようにしている。
また、ステータ２とロータ３との間に燃料の流通路を形成するケーシング５が備えられており、ステータ２とケーシング５とがボルト等の締結手段によって接合され、本体５０を構成し、この本体５０に導入部５１及び排出部５２が設けられている。
【００１３】
ステータ２は、上述した通り、ケーシング５と共に本体５０を形成するもので、有底筒状のケーシング５のケーシングカバーを兼ねるように円盤形状をなし、本実施例においては、円盤形状の外径の約半分となる中心側（後述する、中心に開口する導入部５１よりも外周側）の範囲に、平断面形状が四角形の突起状の歯体２０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設け、その中心に導入部５１が開口されている。
導入部５１には、燃料を貯溜するタンク側からの配管と接続される導入管５１Ａが取り付けられている。
【００１４】
また、外周位置に設けられる排出部５２は、本実施例においては、筒状のケーシング５の外周面に開口して設けられ、本体５０内で改質された燃料を次工程に送出する配管と接続される排出管５２Ａが取り付けられている。
本体５０は、架体５４に固定されている筒状の筐体５３に取り付けられている。
【００１５】
ロータ３は、ステータ２の歯体２０と半径方向に交互に噛み合うように、平断面形状が四角形の突起状の歯体３０を円周方向及び半径方向に間隔をあけて同心円状に設けられ、駆動機構４によって回転駆動されるように、駆動機構４と接続される取付部３２を回転中心となる位置に形成するものであれば、特に限定されるものではないが、本実施例においては、円盤形状で、中心に駆動機構４のシャフト４１の先端が嵌入される嵌入孔を貫通して形成し、取付部３２としている。
ロータ３とシャフト４１との固定は、シャフト４１の嵌入側の逆側から取付座とボルト等の固定手段によって行うようにしている。
【００１６】
駆動機構４は、ロータ３を回転駆動させることができるものであれば、特に限定されるものではないが、本実施例においては、架体５４に載置されている電動機４０と、電動機４０の駆動軸４０ａに接続するとともに、上述した通り、ロータ３の中心に形成した取付部３２と接続されるシャフト４１とから構成されている。
【００１７】
シャフト４１は、本実施例においては、有底筒状のケーシング５の底面を貫通してロータ３と接続されるもので、ケーシング５の底面の貫通孔において、メカニカルシールＳを介して取り付けられている。
また、シャフト４１は、架体５４に固定されている筐体５３の内部に配設されるベアリングケース４２内の軸受Ｂによって支持されている。
なお、シャフト４１を用いることなく、電動機４０の駆動軸４０ａを直接ロータ３の取付部３２と接続することもできる。
【００１８】
このように、ケーシング５のケーシングカバーを兼ねるステータ２とこのステータに形成した歯体２０と半径方向に噛み合う歯体３０を形成したロータ３は、シャフト４１に固定手段を介して接続され、図例２箇所の軸受Ｂで支持され回転するという、極めて簡単で堅固な構造であり、組み立てに手数を要することなく、長時間の連続運転に対しても故障発生率が極めて低いという特性を有している。
【００１９】
また、この船舶用燃料の改質装置１は、ステータ２及びロータ３の歯体２０、３０及びこの歯体２０、３０の円周方向の間隔を、円周方向に隣接する歯体２０、３０の間に形成された燃料の流通路が半径方向に隣接する歯体２０、３０によって閉鎖状態にされる箇所と、燃料の流通路が半径方向に隣接する円周方向に隣接する歯体２０、３０の間に形成された燃料の流通路（以下、スリット溝という。）と連通して開放状態にされる箇所とが、ランダムに生じるように形成することができる。
【００２０】
これは、歯体２０、３０の形成箇所を、ステータ２及びロータ３の中心から放射方向に向かって、一致した箇所に形成しないようにするもので、これにより、閉鎖状態又は開放状態になるスリット溝の箇所をランダムに発生させることができ、ステータ２及びロータ３の歯体２０、３０間によって形成されるスリット溝への燃料の封じ込めと開放とをランダムに発生させ、高周波の衝撃波を生じさせてアスファルテンスラッジの粉砕、微粒化を効果的に行うことができる。
【００２１】
次に、この船舶用燃料の改質装置１を用いての船舶用燃料の改質手順（改質原理）を説明する。
なお、本明細書において、歯体２０及び歯体３０は、ステータ２及びロータ３の半径方向に４段ずつ、各段に複数の歯体２０及び歯体３０を形成し、それぞれ、中心側から第１段ステータ歯体２０ａ、第１段ロータ歯体３０ａ・・・第４段ステータ歯体２０ｄ、第４段ロータ歯体３０ｄといい、船舶用燃料は燃料油と総称する。
【００２２】
まず、バッファタンクに貯溜している燃料油を加圧し、ケーシングカバーを兼ねるステータ２の中心に開口した導入部５１から船舶用燃料の改質装置１に供給する。
そして、供給された燃料油は、第１段ステータ歯体２０ａ間に等分に形成されるスリット溝に向かって、その流れの向きが、ロータ３の回転軸と平行な方向からロータの半径方向（遠心方向）に変えられ、第１段ロータ歯体３０ａ間に遠心方向に等分に形成されたスリット溝に導入される。
【００２３】
第１段ステータ歯体２０ａ間のスリット溝から第１段ロータ歯体３０ａ間のスリット溝に導入される際に、燃料油は、第１段ロータ歯体３０ａによって機械的剪断作用を受け、燃料油に含有されるアスファルテンスラッジがこの剪断作用によって粉砕、微粒化される（図４（ａ）参照）。
なお、この機械的剪断作用は、ステータ２の各段の歯体２０間から燃料油が噴出する際に、ロータ３の各段の歯体３０の回転によって、同様に生じるものである。
【００２４】
ロータ３の各段の歯体３０間のスリット溝は、例えば、１８００ｒｐｍと高速で回転するロータ３による遠心力により高速で噴射するノズルを形成することとなる。
高速噴流となる燃料油は、所定の角度を持って、第１段ロータ歯体３０ａ間のスリット溝から第２段ステータ歯体２０ｂ間に等分に形成されたスリット溝に噴射され、スリット溝壁となる第２段ステータ歯体２０ｂの側壁に激しく衝突するとともに、飛散し、燃料中のアスファルテンスラッジが、粉砕混合されることとなる（図４（ｂ）参照）。
【００２５】
第２段ステータ歯体２０ｂ間のスリット溝は、その入口を第１段ロータ歯体３０ａにより、出口を第２段ロータ歯体３０ｂにより高速で開閉が繰り返される構造となっており、第２段ステータ歯体２０ｂ間のスリット溝は、等分に配置されたチャンバー室と見なすことができる（同様に、ステータ２の各段の歯体２０間のスリット溝も等分に配置されたチャンバー室と見なすことができる。）。
【００２６】
そして、高速噴流の燃料油は、第２段ステータ歯体２０ｂ間のスリット溝及び第２段ロータ歯体３０ｂ間のスリット溝を通過し、第３段ステータ歯体２０ｃ間のスリット溝に導入され、第３段ステータ歯体２０ｃ間のスリット溝の入口及び出口を第２段ロータ歯体３０ｂ及び第３段ロータ歯体３０ｃにより閉止された瞬間に圧縮（図４（ｃ）参照）を受け、開いた瞬間に開放されて膨張（図４（ｄ）参照）する。
この圧縮と膨張、換言すると急速な加圧と減圧との繰り返しにより発生する高周波のダイナミックフォースによって、燃料中のアスファルテンスラッジをさらに粉砕混合する。
【００２７】
上述した圧縮と膨張のうち、膨張時に第３段ステータ歯体２０ｃ間のスリット溝が形成するチャンバー室内は負圧になり、激しい渦流れが生じることとなり、微細気泡の発生・崩壊のキャビテーションエネルギが生じ、アスファルテンスラッジに対する、さらなる粉砕に寄与することとなる。
【００２８】
このように、剪断、衝突、圧縮、膨張の各作用が、ステータ２の各段の歯体２０間のスリット溝及びロータ３の各段の歯体３０間のスリット溝の各所で発生し、燃料油に含有されるアスファルテンスラッジを微粒化する粉砕混合の効果は外周方向に進むほどに各歯体２０、３０の数の増加とロータ３の周速度の増加が相俟って、最外周において最高となる。
【００２９】
また、上記説明においては、ステータ２の各段の歯体２０間のスリット溝が、ロータ３の各段の歯体３０によって噴射ノズルを形成して生じる効果を説明したが、ロータ３の各段の歯体３０間のスリット溝内においてもステータ２の各段の歯体２０によって同様の効果が生じ、燃料油に含有されるアスファルテンスラッジを微粒化が促進されるものである。
【００３０】
この船舶用燃料の改質装置１を用いて船舶用燃料の改質前後の燃料油に含まれるアスファルテンスラッジ等の不純物の粒径別の個数を計測した結果を図５に示す。
なお、改質後の計測結果は、１パス処理後の結果である。
【００３１】
処理前の燃料油に含まれるアスファルテンスラッジは、粒径０〜５μｍのものが２１００個と全体の７２％、粒径５〜１０μｍのものが５７３個と全体の２０％、それ以上の粒径のものが２５６個と全体の８％であった（図５（ａ）参照）。
この燃料油を１パス処理後に計測すると、処理後の燃料油に含まれるアスファルテンスラッジは、粒径０〜５μｍのものが３５２８個と全体の９８％、５〜１０μｍのものが８５個と全体の２％、それ以上の粒径のものは認められなかった（図５（ｂ）参照）。
【００３２】
このように、本発明の船舶用燃料の改質装置１を用いて、燃料油を改質処理することによって、１パス処理であっても、燃料油に含まれる５μｍ以上の粒径のアスファルテンスラッジ等の不純物は、その殆どが５μｍ以下の粒径に粉砕、微粒化され、燃料油内に均一な粒径で均一に分散した状態となり、燃焼性の向上した燃料油を得ることができる。
【００３３】
次に、この船舶用燃料の改質装置１の推奨設置位置について図６に基づいて説明する。
（Ａ）清浄機入口（図６（ａ）参照）
燃料油をセットリングタンクからサービスタンクに送る際に通過させる清浄機Ｗの手前に設置する。
これによって、燃料油に含まれるアスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、良好な燃料成分として清浄機Ｗを通過させてサービスタンクＳＴに送ることができる。
【００３４】
（Ｂ）主機及びディーゼル発電機の機関入口手前のフィルタ前（図６（ｂ）参照）
主機及びディーゼル発電機の機関入口手前のフィルタＦ（自動逆戦フィルタ及びファインフィルタ）の手前に設置する。
一般的に、主機及びディーゼル発電機の機関へは、フィルタＦを介してバッファタンクＴから燃料油が送られるが、燃料油は、バッファタンクＴから送られる途中で加熱され、また、バッファタンクＴ内で空気に触れることにより酸化が進み、アスファルテンスラッジが再凝集し、粗粒化しやすく、主機及びディーゼル発電機の機関入口手前のフィルタＦを詰まらせる場合があるが、フィルタＦの手前にこの船舶用燃料の改質装置１を設置することで、アスファルテンスラッジを改めて粉砕、微粒化し、フィルタＦの目詰まりを防止し、燃料として有効に活用することができる。
すなわち、アスファルテンスラッジは改質装置で粉砕・微粒化し燃料中に分散・均一化された状態になっているものが再加熱を受けたり、空気中に曝されたりすることで再凝集し、粗粒化することが考えられるため、この船舶用燃料の改質装置１を主機及びディーゼル発電機の機関入口手前のフィルタＦの手前に設置することに意義があるといえる。
【００３５】
（Ｃ）廃油サービスタンク又は燃料油・再製油用ミキシングタンクの循環ライン中（図６（ｃ）参照）
廃油タンクや燃料油・再製油用のミキシングタンク内の油を、ポンプとして作動する船舶用燃料の改質装置１を用いて循環させることによって、アスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料油内で攪拌され均質化される。
【００３６】
このように、船舶用燃料に含まれるアスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散、均一化させることによって、燃焼効率が改善されるとともに、未燃物質、煤の発生が抑制され、ターボチャージャー等の排気系機器や、その他の各機器への負荷が軽減され、定期メンテナンスのスパンを長く取ることができる。
【００３７】
以上、本発明の船舶用燃料の改質装置について、実施例に基づいて説明をしたが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の船舶用燃料の改質装置は、船舶用燃料に含まれるアスファルテンスラッジを粉砕、微粒化し、燃料中に分散、均一化させることができるという特性を有していることから、アスファルテンスラッジを多く含むＣ重油を改質する改質装置の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    船舶用燃料の改質装置
２    ステータ
２０  歯体
２０ａ  第１段ステータ歯体
２０ｂ  第２段ステータ歯体
２０ｃ  第３段ステータ歯体
２０ｄ  第４段ステータ歯体
３    ロータ
３０  歯体
３０ａ  第１段ロータ歯体
３０ｂ  第２段ロータ歯体
３０ｃ  第３段ロータ歯体
３０ｄ  第４段ロータ歯体
４    駆動機構
４０  電動機
４１  シャフト
５    ケーシング
５０  本体
５１  導入部
５２  排出部
【図１】
2013068203.tif 000003
【図２】
2013068203.tif 000004
【図３】
2013068203.tif 000005
【図４】
2013068203.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013068203.tif 000008